JP2000021241A - 絶縁膜、電子源および画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 緻密で、絶縁特性の良好な絶縁膜のパターン
を容易に形成できるようにする。 【解決手段】 ゾルゲル液１３をマイクロカプセル１５
に内包させてビヒクル１４に分散させた絶縁材料溶液
を、印刷プロセスにより塗布した後、該ビヒクル１４の
沸点以上の温度で焼成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気回路等の基板
上に絶縁層を形成する絶縁膜製造方法、及び該製造方法
の応用である電子源及び該電子源を用いて構成した表示
装置や露光装置等の画像形成装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板上に絶縁膜を形成する場合、
ガラスペーストを用いたスクリーン印刷法、ＣＶＤ法、
ＬＰＤ法、ゾルゲル法を用いた各種コーティング等によ
って行っていた。

【０００３】印刷法は、市販のガラスペースト（例：ノ
リタケカンパニーリミテッド）をスクリーン印刷法など
の手法により基板上に塗布し、６００℃前後で焼成する
ことにより成膜する。かかる方法によって形成される絶
縁膜は、膜厚が２０〜５０μｍ程度、比誘電率が１０〜
３０程度となる。

【０００４】ＣＶＤ法では、高減圧下に基板を置きシラ
ン系ガスの蒸着、まやはアルゴン、ヘリウム、酸素等の
キャリアガスによるシリコンの酸化により、膜厚１μｍ
程度までのＳｉＯ₂ 膜を形成することができる。

【０００５】ＬＰＤ法では、ケイフッ化水素酸水溶液に
低温でＳｉＯ₂ を溶かして過飽和溶液とし、基板を該溶
液に浸漬した状態で、３０〜４０℃程度に温め基板上に
ＳｉＯ₂ を析出させる（温度法）か、アルミニウム・水
・ほう酸を加えることにより化学平衡をずらして、基板
上にＳｉＯ₂ を析出させて成膜する。

【０００６】ゾルゲル法では、市販のゾルゲル液（例：
日本曹達（株）／アトロン、東芝シリコーン（株）／ト
スガード）あるいはテトラエトキシシラン等のシラン化
合物をエタノール等の適当な溶液に溶かした調製品等を
ディップ、スプレーまたはスピンコーティング等の手法
を用いて基板上に塗布し、３００〜５００℃程度で焼成
することにより、成膜する。かかる方法によって形成さ
れる絶縁膜は、膜厚が厚いもので数μｍ程度まで、比誘
電率は３〜１５程度となる。

【０００７】また、従来、画像形成装置の電子ビーム源
として用いることができる電子放出素子には、大別して
熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られ
ている。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、
「ＦＥ型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、
「ＭＩＭ型」と称す。）や表面伝導型電子放出素子等が
有る。

【０００８】表面伝導型電子放出素子は、絶縁性基板上
に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流す
ことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものであ
る。この表面伝導型電子放出素子としては、エリンソン
等によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの［Ｍ．Ｉ． Ｅｌｉ
ｎｓｏｎ， Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓ．， １０，１２９０（１９６５）］、Ａｕ
薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓ
ｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”， ９，３１７（１９７
２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈ
ａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ． Ｆｏｎｓｔａｄ：
“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ＥＤ Ｃｏｎｆ．”， ５
１９（１９７５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久
他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］
等が報告されている。

【０００９】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図２
３に模式的に示す。同図において１は基板である。４は
導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに形成された金属酸化
物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれる
通電処理により電子放出部５が形成される。尚、図中の
素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍ
ｍで設定されている。

【００１０】これらの表面伝導型電子放出素子において
は、電子放出を行う前に導電性膜４を予め通電フォーミ
ングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５を形成す
るのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、前
記導電性膜４の両端に電圧を印加通電し、導電性膜４を
局所的に破壊、変形もしくは変質させて構造を変化さ
せ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部５を形成する処
理である。尚、電子放出部５では導電性膜４の一部に亀
裂が発生しており、その亀裂付近から電子放出が行われ
る。

【００１１】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純であることから、大面積に亙って多数素子を配列形
成できる利点がある。そこで、この特徴を活かすための
種々の応用が研究されている。例えば、荷電ビーム源、
表示装置等の画像形成装置への利用が挙げられる。

【００１２】従来、多数の表面伝導型電子放出素子を配
列形成した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子
を配列し、個々の表面伝導型電子放出素子の両端（両素
子電極）を配線（共通配線とも呼ぶ）にて夫々結線した
行を多数行配列（梯子型配置とも呼ぶ）した電子源が挙
げられる（例えば、特開昭６４−３１３３２号公報、特
開平１−２８３７４９号公報、同２−２５７５５２号公
報）。

【００１３】また、特に表示装置においては、液晶を用
いた表示装置と同様の平板型表示装置とすることが可能
で、しかもバックライトが不要な自発光型の表示装置と
して、表面伝導型電子放出素子を多数配置した電子源
と、この電子源からの電子線の照射により可視光を発光
する蛍光体とを組み合わせた表示装置が提案されている
（アメリカ特許第５０６６８８３号明細書）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の絶縁膜形成技術には、それぞれ以下に記すような問
題点を有している。

【００１５】すなわち、印刷法では、ガラスペーストを
用いるため膜厚が数十μｍ以上の厚いものしか形成でき
ず、また、ＰｄＯ等の成分が多いため比誘電率が大きく
なり、絶縁特性が悪くなるという欠点があった。

【００１６】また、ＣＶＤでは、高真空を必要とするた
めスループットが長く、基板の大面積化が困難であると
いう欠点があった。

【００１７】また、ＬＰＤ法では成膜スピードが非常に
遅く、膜の厚みに比例してスループットが非常に長くな
るといった欠点があった。

【００１８】また、ゾルゲル法では、液の粘度が低いた
め、ディップ、スピン、スプレー等の手法でせいぜい１
μｍ程度の膜厚のベタ膜を成膜した後、フォトリソエッ
チング等の手法によって、パターン形成するという工程
を必要とした。

【００１９】本発明は、上記問題点に鑑み、各種基板上
に絶縁特性の良好な絶縁膜を必要な形状に容易に形成す
ることが可能な絶縁膜の製造方法の提供を目的とする。

【００２０】また、本発明の別の目的は、特に基板上に
複数の表面伝導型電子放出素子を配線した電子源におけ
る層間絶縁層として、絶縁特性の良好な絶縁膜を容易に
形成できるようにすること、また、かかる電子源を用い
て構成した表示装置や露光装置等の画像形成装置の製造
方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
成された本発明の構成は、以下の通りである。

【００２２】即ち、本発明の第１は、ゾルゲル液と増粘
剤を含有する絶縁材料溶液を、印刷プロセスにより塗布
する工程と、焼成工程を有することを特徴とする絶縁膜
の製造方法にある。

【００２３】上記本発明の第１は、さらにその特徴とし
て、「前記増粘剤が、固体物または粘性液体である」こ
と、「前記増粘剤が、ビヒクルである」こと、「前記絶
縁材料溶液として、前記ゾルゲル液をマイクロカプセル
に内包させて前記ビヒクルに分散させた溶液を用いる」
こと、「前記焼成工程における焼成温度を、前記ビヒク
ルの沸点以上の温度に設定する」こと、「前記印刷プロ
セスがオフセット印刷プロセスである」こと、を含む。

【００２４】また、本発明の第２は、基板上に、一対の
素子電極間に跨がる導電性膜に電子放出部を有する電子
放出素子が複数設けられ、該複数の電子放出素子がマト
リクス状に配線された電子源の製造方法において、該マ
トリクス配線間を絶縁する層間絶縁膜を、上記本発明の
第１の方法により製造することを特徴とする電子源の製
造方法にある。

【００２５】また、本発明の第３は、基板上に一対の素
子電極間に跨がる導電性膜に電子放出部を有する電子放
出素子が複数設けられ、該複数の電子放出素子がマトリ
クス状に配線された電子源と、該電子源から放出される
電子線の照射により画像を形成する画像形成部材を有す
る画像形成装置の製造方法において、該電子源を上記本
発明の第２の方法により製造することを特徴とする画像
形成装置の製造方法にある。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。

【００２７】図１は、本発明により基板上に塗布された
絶縁膜を模式的に示したものである。図１において、１
１は基板、１２は絶縁膜である。

【００２８】本発明の絶縁膜の製造方法においては、絶
縁膜１２の形成材料としてゾルゲル液と増粘剤を含有す
る絶縁材料溶液を用いる。

【００２９】ゾルゲル液としては、焼成によって絶縁性
の膜を形成するようなものであれば特に限定されるもの
ではない。具体的には、例えばＳｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ 等
の金属アルコキシドにエタノール等のアルコールを添加
して混合溶液とし、これに水及び触媒としての酸・アル
カリを加えたものを攪拌して加水分解・重縮合させてゾ
ルとしたものを用いることができる。また、アルミニウ
ムのキレート塩や、有機アルカリ金属塩または有機アル
カリ土類金属塩等を含有する組成物等で、焼成後に絶縁
性酸化物となる様々なゾルが、それぞれ単体または混合
された状態で好適に用いられる。または市販のゾルゲル
液（例えば、日本曹達（株）製／アトロン、東芝シリコ
ーン（株）製／トスガード）等を用いることもできる。

【００３０】上記のゾルゲル液には適当な増粘剤が加え
られて、採用する印刷方法に見合った粘性をもつように
絶縁材料溶液が調製される。この増粘剤としては、例え
ば２−エチルヘキサノール、エチレングリコールモノフ
ェニルエーテル等や、液状高分子など粘ちょうな液体、
あるいはコロイダルシリカ、アセトアミド、アセトトル
イド、アセチルピロール、クロロアセトアミドや様々な
固体物等であって、前記ゾルゲル液に安定に溶解または
分散し且つ混合液が適当な粘性を生じるようなものであ
れば特に限定されない。

【００３１】上記の増粘剤は、採用する印刷方法に適し
たいわゆるビヒクルであってもよい。図２は、ビヒクル
中にゾルゲル液を分散させた絶縁材料溶液を用いて印刷
した模式図である。図２において、１１は基板、１２は
絶縁膜、１３は分散しているゾルゲル液、１４はビヒク
ルである。

【００３２】ビヒクル１４としては、採用する印刷方法
に適した物性を生じる組成となれば、いかなる成分を使
用しても構わない。通常、ビヒクル１４には油、樹脂、
溶剤、可塑剤等が含まれており、本発明においてはゾル
ゲル液１３に印刷適性を発現させるために使用する。す
なわち、この目的のために、ビヒクル１４の成分につい
てはゾルゲル液１３の性質等を考慮して、適宜選択す
る。また、これらの成分は、印刷後、焼成中にはゾルゲ
ル液１３の反応が充分進むまで、被印刷面に液を保持す
る機能を有している。そして、適当な温度で焼成する
と、図２（ｂ）に示すように焼きしまったビヒクル部分
１４とゾルゲル液の硬化部分１３が混在する絶縁膜１２
となる。

【００３３】しかし、ビヒクル１４はゾルゲル液１３の
反応終了後も長い間被印刷面に留まっている必要はな
く、むしろ焼成中に徐々に蒸発または分解していくよう
な成分であることがより望ましい。すなわち、ビヒクル
１４の成分を焼成しようとするプロセス温度より低い沸
点または分解点をもつもので構成すると、焼成中にビヒ
クル１４は蒸発および分解し、ゾルゲル液１３による緻
密な絶縁膜１２が得られる（図２（ｃ））。

【００３４】ビヒクル１４とゾルゲル液１３は、印刷性
を満たし、かつ、一回の印刷による絶縁膜の厚みを充分
にするには、通常、ゾルゲル液が１０重量％〜７０重量
％程度となるように配合される。

【００３５】また、印刷方法によっては、ゾルゲル液を
マイクロカプセルに内包させてビヒクルに分散させた絶
縁材料溶液を用いることができる。図３は、このような
絶縁材料溶液を用いて印刷した模式図である。図３にお
いて、１１は基板、１２は絶縁膜、１３はゾルゲル液、
１４はビヒクル、１５はマイクロカプセル（マイクロカ
プセル膜材）である。

【００３６】上記の場合、ビヒクル１４は、ゾルゲル液
１３を封入したマイクロカプセル１５に流展性を与え
て、印刷適性を発現させるために使用する。すなわち、
この目的のためにビヒクル１４等は適宜選ぶことができ
る。また、これらの成分は、印刷後、焼成中にはゾルゲ
ル液１３の反応が充分進むまで、被印刷面にマイクロカ
プセル１５を固着させる機能をも合わせ持つ。しかしな
がら、前述の通りビヒクル１４はこの後も長い間被印刷
面に固着している必要はなく、焼成中に徐々に蒸発また
は分解していくような成分であることがより望ましい。
そのような成分が用いられることによって、焼成後の絶
縁膜はより均質なものとなり、膜質の良いものが得られ
る。

【００３７】ゾルゲル液１３のマイクロカプセル１５へ
の封入方法としては、公知のマイクロカプセル製法のい
ずれを用いてもかまわない。

【００３８】例えば、化学的製法としては界面重合法、
ｉｎ ｓｉｔｅ法、液中硬化被覆法などがあり、使用す
るゾルゲル液の溶剤成分や必要なマイクロカプセルの径
に応じて適宜選択される。そのほか、物理化学的製法
（コアセルベーション法等）、物理的製法等が知られて
いるが、適当な手法を用いてよい。

【００３９】また、得られるマイクロカプセルの膜材
が、絶縁膜を焼成しようとする温度および時間におい
て、充分な耐熱性を有さないものであることが好まし
い。この場合、絶縁膜の焼成時にマイクロカプセルが適
当に壊れ、温度上昇に応じてゲル化の進行したゾルゲル
液が小規模に流出し、得られる絶縁膜のより一層の均一
化を助ける。

【００４０】また、本発明で用いる絶縁材料溶液には、
市販の分散安定剤等を添加することもできる。

【００４１】本発明による絶縁膜の製造方法を、ゾルゲ
ル液をマイクロカプセルに内包させてビヒクルに分散さ
せた絶縁材料溶液を用いる場合を例に挙げて、図３〜図
６を用いて簡単に説明する。

【００４２】図３（ａ）は、上記絶縁材料溶液を印刷法
により塗布した状態を示す。この後の焼成工程におい
て、焼成温度がビヒクル１４及びマイクロカプセル膜材
１５の沸点に達しない場合、焼成後もビヒクル１４及び
マイクロカプセル膜材１５の成分が絶縁膜１２中に殆ど
残存する（図３（ｂ））。ビヒクル１４の耐熱性がマイ
クロカプセル膜材１５の耐熱性よりも低い場合、温度上
昇に伴い、絶縁材料溶液中よりビヒクル１４が徐々に蒸
発する（図３（ｃ））。

【００４３】また、更に温度上昇してマイクロカプセル
膜材１５の耐熱温度を超えるとカプセルが壊れる（図４
参照）。このとき、カプセルが壊れてもゾルゲル液１３
が印刷部より広く流出することがないように、カプセル
の壊れる前にカプセル中でゾルゲル液のゲル化が充分に
進むように設定しておく。すなわち、焼成温度プロファ
イルを適度に設定する。

【００４４】更に、カプセルの壊れる温度環境でそのま
ま保持するか、ゆっくりとした加熱を行うことにより、
ゲル化したゾルゲル液１３は互いに境界をなくし（図５
参照）、またレベリングされ、より一層緻密な絶縁膜１
２が得られる（図６参照）。

【００４５】なお、絶縁膜１２を形成する基板１１は、
一般的な基板が用いられ、ケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガ
ラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス等のガラス基板、ア
ルミナ等のセラミックス基板、金属、あるいはシリコン
等から、適宜選択される。

【００４６】次に、上記本発明の絶縁膜の製造方法を、
電子源の層間絶縁層の形成に応用する場合について説明
する。

【００４７】本発明が適用される電子源は、複数の表面
伝導型電子放出素子がマトリクス状に配線されているも
のである。

【００４８】まず、表面伝導型電子放出素子の構成及び
製造方法について説明する。

【００４９】図７は、表面伝導型電子放出素子の一構成
例を示す模式図であり、図７（ａ）は平面図、図７
（ｂ）は縦断面図である。図７において、１は基板、２
と３は電極（素子電極）、４は導電性膜、５は電子放出
部である。

【００５０】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青板ガラ
スにスパッタ法等によりＳｉＯ₂ を積層した積層体、ア
ルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を用いることが
できる。

【００５１】対向する素子電極２，３の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができる。

【００５２】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜４の形状等は、応用される形態等を考慮して、設計さ
れる。素子電極間隔Ｌは、好ましくは、数百ｎｍから数
百μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、素子
電極間に印加する電圧等を考慮して数μｍから数十μｍ
の範囲とすることができる。

【００５３】素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放
出特性を考慮して、数μｍから数百μｍの範囲とするこ
とができる。素子電極２，３の膜厚ｄは、数十ｎｍから
数μｍの範囲とすることができる。

【００５４】導電性膜４を構成する材料としては、例え
ばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐ
ｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の
酸化物導電体、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ
₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，Ｈ
ｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，Ｚｒ
Ｎ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボ
ン等が挙げられる。

【００５５】導電性膜４には、良好な電子放出特性を得
るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好
ましい。その膜厚は、素子電極３へのステップカバレー
ジ、素子電極２，３間の抵抗値等を考慮して適宜設定さ
れるが、通常は、数Å〜数百ｎｍの範囲とするのが好ま
しく、より好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするの
が良い。その抵抗値は、Ｒｓが１０² Ωから１０⁷ Ωの
値であるのが好ましい。なお、Ｒｓは、幅がｗで長さが
ｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ
／ｗ）と置いたときに現れる値である。

【００５６】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された高抵抗の亀裂により構成され、導電性膜４の膜
厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手法
等に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、数
Åから数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子が存在する
場合もある。この導電性微粒子は、導電性膜４を構成す
る材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有するも
のとなる。また、電子放出部５及びその近傍の導電性膜
４には、炭素及び炭素化合物を有することもできる。

【００５７】上記の電子放出素子の製造方法としては様
々な方法があるが、その一例を図８に基づいて説明す
る。尚、図８においても図７に示した部位と同じ部位に
は図７に付した符号と同一の符号を付している。

【００５８】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等を
用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等により
素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技
術を用いて基板１上に素子電極２及び３を形成する（図
８（ａ））。

【００５９】２）素子電極２，３を設けた基板１上に、
有機金属溶液を塗布して、有機金属膜を形成する。有機
金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素
とする有機化合物の溶液を用いることができる。この有
機金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等
によりパターニングし、導電性膜４を形成する（図８
（ｂ））。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて説
明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られるもので
はなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、
分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等を用いる
こともできる。

【００６０】３）続いて、フォーミング工程を施す。こ
のフォーミング工程の方法の一例として通電処理による
方法を説明する。素子電極２，３間に、不図示の電源よ
り通電すると、導電性膜４の部位に、構造の変化した電
子放出部５が形成される（図８（ｃ））。

【００６１】通電フォーミングの電圧波形の例を図９に
示す。

【００６２】電圧波形は、特にパルス波形が好ましい。
これにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に
印加する図９（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増
加させながらパルスを印加する図９（ｂ）に示した手法
がある。

【００６３】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図９（ａ）で説明する。図９（ａ）におけるＴ₁
及びＴ₂ は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。三
角波の波高値（ピーク電圧）は、電子放出素子の形態に
応じて適宜選択される。このような条件のもと、例え
ば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は、
三角波に限定されるものではなく、矩形波等の所望の波
形を採用することができる。

【００６４】次に、パルス波高値を増加させながら電圧
パルスを印加する場合について図９（ｂ）で説明する。
図９（ｂ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は、図９（ａ）に示し
たのと同様とすることができる。三角波の波高値（ピー
ク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、増加さ
せることができる。

【００６５】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ₂ 中に、導電性膜４を局所的に破壊，変形しない程
度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができ
る。例えば０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる電流を
測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示した
時、通電フォーミングを終了させる。

【００６６】４）フォーミング処理を施した素子には活
性化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工
程は、例えば、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、
通電フォーミングと同様に、素子電極２，３間にパルス
の印加を繰り返すことで行うことができ、この処理によ
り、素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e が、著しく変化するよ
うになる。

【００６７】活性化工程における有機物質のガスを含有
する雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプ
などを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残
留する有機ガスを利用して形成することができる他、オ
イルを使用しないイオンポンプなどにより一旦十分に排
気した真空中に適当な有機物質のガスを導入することに
よっても得られる。このときの好ましい有機物質のガス
圧は、前述の素子の形態、真空容器の形状や、有機物質
の種類などにより異なるため、場合に応じ適宜設定され
る。適当な有機物質としては、アルカン、アルケン、ア
ルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコ
ール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノー
ル、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げること
が出来、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣ
_n Ｈ_2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレ
ンなどＣ_n Ｈ_2n等の組成式で表される不飽和炭化水素、
ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルム
アルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチ
ルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、
蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。

【００６８】この活性化処理により、雰囲気中に存在す
る有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆
積し、素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e が、著しく変化する
ようになる。

【００６９】炭素あるいは炭素化合物とは、例えばグラ
ファイト（いわゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含するも
ので、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、Ｐ
Ｇは結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたも
の、ＧＣは結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れが
さらに大きくなったものを指す。）、非晶質カーボン
（アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボンと
前記グラファイトの微結晶の混合物を指す。）であり、
その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、
３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００７０】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ_f と
放出電流Ｉ_e を測定しながら、適宜行うことができる。

【００７１】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程
は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空
容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイ
ルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用
しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープ
ションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げる
ことが出来る。

【００７２】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生する
オイル成分に由来する有機ガスを用いた場合には、この
成分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の
有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ
新たに堆積しない分圧で１０^-6Ｐａ以下が好ましく、さ
らには１０^-8Ｐａ以下が特に好ましい。さらに真空容器
内を排気するときには、真空容器全体を加熱して、真空
容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物質分子を排
気しやすくするのが好ましい。このときの加熱条件は、
８０〜２５０℃好ましくは１５０℃以上で、できるだけ
長時間処理するのが望ましいが、特にこの条件に限るも
のではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の
構成などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。
真空容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１０^-5
Ｐａ以下が好ましく、さらには１０^-6Ｐａ以下が特に好
ましい。

【００７３】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特
性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を採
用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆
積を抑制でき、結果として素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e
が、安定する。

【００７４】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について、図１０及び図
１１を参照しながら説明する。

【００７５】図１０は、真空処理装置の一例を示す模式
図であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機
能をも兼ね備えている。図１０においても、図７に示し
た部位と同じ部位には図７に付した符号と同一の符号を
付している。

【００７６】図１０において、５５は真空容器であり、
５６は排気ポンプである。真空容器５５内には電子放出
素子が配されている。また、５１は電子放出素子に素子
電圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電極２，３
間を流れる素子電流Ｉ_f を測定するための電流計、５４
は素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉ_e を捕
捉するためのアノード電極、５３はアノード電極５４に
電圧を印加するための高圧電源、５２は電子放出部５よ
り放出される放出電流Ｉ_e を測定するための電流計であ
る。一例として、アノード電極５４の電圧を１ｋＶ〜１
０ｋＶの範囲とし、アノード電極５４と電子放出素子と
の距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行うこと
ができる。

【００７７】真空容器５５内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。

【００７８】排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータ
リーポンプ等からなる通常の高真空装置系と、イオンポ
ンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されてい
る。ここに示した電子放出素子基板を配した真空処理装
置の全体は、不図示のヒーターにより加熱できる。従っ
て、この真空処理装置を用いると、前述の通電フォーミ
ング以降の工程も行うことができる。

【００７９】図１１は、図１０に示した真空処理装置を
用いて測定された放出電流Ｉ_e 及び素子電流Ｉ_f と、素
子電圧Ｖ_f との関係を模式的に示した図である。図１１
においては、放出電流Ｉ_e が素子電流Ｉ_f に比べて著し
く小さいので、任意単位で示している。尚、縦・横軸と
もリニアスケールである。

【００８０】図１１からも明らかなように、本発明を適
用可能な電子放出素子は、放出電流Ｉ_e に関して次の３
つの特徴的性質を有する。

【００８１】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図１１中のＶ_th）以上の素子電圧を印加する
と急激に放出電流Ｉ_e が増加し、一方閾値電圧Ｖ_th以下
では放出電流Ｉ_e が殆ど検出されない。つまり、放出電
流Ｉ_e に対する明確な閾値電圧Ｖ_thを持った非線形素子
である。

【００８２】第２に、放出電流Ｉ_e が素子電圧Ｖ_f に単
調増加依存するため、放出電流Ｉ_eは素子電圧Ｖ_f で制
御できる。

【００８３】第３に、アノード電極５４（図１０参照）
に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖ_f を印加する時間
に依存する。つまり、アノード電極５４に捕捉される電
荷量は、素子電圧Ｖ_f を印加する時間により制御でき
る。

【００８４】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能の電子放出素子は、入力信号に応じて、電子
放出特性を容易に制御できることになる。この性質を利
用すると複数の電子放出素子を配して構成した電子源、
画像形成装置等、多方面への応用が可能となる。

【００８５】図１１においては、素子電流Ｉ_f が素子電
圧Ｖ_f に対して単調増加する（ＭＩ特性）例を示した
が、素子電流Ｉ_f が素子電圧Ｖ_f に対して電圧制御型負
性抵抗特性（ＶＣＮＲ特性）を示す場合もある（不図
示）。これらの特性は、前述の工程を制御することで制
御できる。

【００８６】上記の表面伝導型電子放出素子について
は、前述した通り３つの特性があることから、多数の電
子放出素子を配置した場合においても、個々の素子にパ
ルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、表面
伝導型電子放出素子を選択して電子放出量を制御でき
る。

【００８７】本発明の絶縁膜の製造方法は、上記表面伝
導型電子放出素子を複数マトリクス状に配線した電子源
の製造に好ましく用いることができる。かかる電子源と
しては、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複
数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の素子
電極の一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に
配された複数の電子放出素子の素子電極の他方を、Ｙ方
向の配線に共通に接続するものが挙げられる。このよう
なものは所謂単純マトリクス配置である。この単純マト
リクス配置について以下に詳述する。

【００８８】図１２は、上記の表面伝導型電子放出素子
を複数配して得られる電子源基板を模式的に示してい
る。図１２において、７１は電子源基板、７２はＸ方向
配線、７３はＹ方向配線である。７４は電子放出素子、
７５は結線である。

【００８９】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄ_x1，Ｄ_x2，…
…，Ｄ_xmからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等
を用いて形成された導電性金属等で構成することができ
る。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配
線７３は、Ｄ_y1，Ｄ_y2，……，Ｄ_ynのｎ本の配線よりな
り、Ｘ方向配線７２と同様に形成される。Ｘ方向配線７
２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き出
されている。

【００９０】これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方
向配線７３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられ
ており、両者を電気的に分離している（ｍ，ｎは、共に
正の整数）。本発明の電子源の製造方法は、この層間絶
縁層を前述した本発明の絶縁膜の製造方法を用いて製造
するものであり、前述の絶縁材料溶液を用いて印刷プロ
セスにより、例えばＸ方向配線７２を形成した基板７１
の全面或は一部に所望の形状で形成し、特に、Ｘ方向配
線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るよ
うに膜厚及び材料が適宜設定される。

【００９１】電子放出素子７４を構成する一対の素子電
極（不図示）は、それぞれｍ本のＸ方向配線７２とｎ本
のＹ方向配線７３に、導電性金属等からなる結線７５に
よって電気的に接続されている。

【００９２】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、また夫々異なってもよい。これらの材料は、例えば
前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を
構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電
極に接続した配線は素子電極ということもできる。

【００９３】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子７４の行を選択するための走査信号を印加す
る不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、Ｙ方
向配線７３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子７４の
各列を入力信号に応じて変調するための、不図示の変調
信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加され
る駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信
号の差電圧として供給される。

【００９４】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。

【００９５】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図１３と図１４
及び図１５を用いて説明する。図１３は、画像形成装置
の表示パネルの一例を示す模式図であり、図１４は、図
１３の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１５は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示
を行うための駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００９６】図１３において、７１は電子放出素子を複
数配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定した
リアプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８
４とメタルバック８５等が形成されたフェースプレート
である。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、リア
プレート８１、フェースプレート８６がフリットガラス
等を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例え
ば大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範
囲で１０分間以上焼成することで、封着して構成され
る。

【００９７】７４は、図７に示したような表面伝導型電
子放出素子である。７２，７３は、表面伝導型電子放出
素子の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方
向配線ある。

【００９８】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成され
る。リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることがで
きる。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェ
ースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８
８を構成してもよい。一方、フェースプレート８６とリ
アプレート８１の間に、スぺーサーと呼ばれる不図示の
支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強
度をもつ外囲器８８を構成することもできる。

【００９９】図１４は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成す
ることができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配
列により、ブラックストライプ（図１４（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１４（ｂ））等と呼ばれる黒
色導電材９１と蛍光体９２とから構成することができ
る。ブラックストライプ、ブラックマトリクスを設ける
目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の
各蛍光体９２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を
目立たなくすることと、蛍光膜８４における外光反射に
よるコントラストの低下を抑制することにある。黒色導
電材９１の材料としては、通常用いられている黒鉛を主
成分とする材料の他、導電性があり、光の透過及び反射
が少ない材料を用いることができる。

【０１００】ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法や印刷法等
が採用できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバ
ック８５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８
６側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、
電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用さ
せること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダ
メージから蛍光体を保護すること等である。メタルバッ
クは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理
（通常、「フィルミング」と呼ばれる。）を行い、その
後Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製でき
る。

【０１０１】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【０１０２】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、十分
な位置合わせが不可欠となる。

【０１０３】図１３に示した画像形成装置は、例えば以
下のようにして製造される。

【０１０４】外囲器８８内は、適宜加熱しながら、イオ
ンポンプ、ソープションポンプ等のオイルを使用しない
排気装置により不図示の排気管を通じて排気し、１０^-5
Ｐａ程度の真空度の有機物質の十分に少ない雰囲気にし
た後、封止が成される。外囲器８８の封止後の真空度を
維持するために、ゲッター処理を行うこともできる。こ
れは、外囲器８８の封止を行う直前あるいは封止後に、
抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱により、外
囲器８８内の所定の位置に配置されたゲッター（不図
示）を加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッター
は通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用によ
り、例えば１×１０^-5Ｐａ以上の真空度を維持するもの
である。ここで、電子放出素子のフォーミング処理以降
の工程は適宜設定できる。

【０１０５】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図１５を用いて説明する。図１５において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタ、１０５はラインメ
モリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発
生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【０１０６】表示パネル１０１は、端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm 、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 及び高圧端子８７を介して
外部の電気回路と接続している。端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm
には、表示パネル１０１内に設けられている電子源、即
ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された電子放出
素子群を１行（ｎ素子）づつ順次駆動する為の走査信号
が印加される。端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn には、前記走査信
号により選択された１行の電子放出素子の各素子の出力
電子ビームを制御する為の変調信号が印加される。高圧
端子８７には、直流電圧源Ｖａより、例えば１０ｋＶの
直流電圧が供給されるが、これは電子放出素子から放出
される電子ビームに、蛍光体を励起するのに十分なエネ
ルギーを付与する為の加速電圧である。

【０１０７】走査回路１０２について説明する。同回路
は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ₁ 乃至Ｓ
_m で模式的に示している）を備えたものである。各スイ
ッチング素子は、直流電圧電源Ｖｘの出力電圧もしくは
０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、
表示パネル１０１の端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm と電気的に接
続される。各スイッチング素子Ｓ₁ 乃至Ｓ_m は、制御回
路１０３が出力する制御信号Ｔ_scanに基づいて動作する
ものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を
組み合わせることにより構成することができる。

【０１０８】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放
出素子の特性（電子放出閾値電圧）に基づき、走査され
ていない素子に印加される駆動電圧が電子放出閾値電圧
以下となるような一定電圧を出力するよう設定されてい
る。

【０１０９】制御回路１０３は、外部より入力される画
像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部の
動作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同
期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔ_syncに基
づいて、各部に対してＴ_scan，Ｔ_sft 及びＴ_mry の各制
御信号を発生する。

【０１１０】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離するための回路で、一般的な周波
数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期
信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直
同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便
宜上Ｔ_sync信号として図示した。前記テレビ信号から分
離された画像の輝度信号成分は、便宜上ＤＡＴＡ信号と
表した。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０４に
入力される。

【０１１１】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔ_sft に基づいて動
作する（即ち、制御信号Ｔ_sft は、シフトレジスタ１０
４のシフトクロックであると言い換えてもよい。）。シ
リアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータ
（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、Ｉ_d1
乃至Ｉ_dnのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１
０４より出力される。

【０１１２】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔ_mry に従っ
て適宜Ｉ_d1乃至Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Ｉ_d'1 乃至Ｉ_d'n として出力され、変調信号発生器
１０７に入力される。

【０１１３】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
_d'1 乃至Ｉ_d'n の各々に応じて、電子放出素子の各々を
適切に駆動変調する為の信号源であり、その出力信号
は、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて表示パネル１０１内
の電子放出素子に印加される。

【０１１４】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ｉ_e に関して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖ_thがあ
り、Ｖ_th以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生じ
る。電子放出閾値以上の電圧に対しては、素子への印加
電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このことか
ら、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電
子放出閾値電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じ
ないが、電子放出閾値電圧以上の電圧を印加する場合に
は電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖ
ｍを変化させることにより、出力電子ビームの強度を制
御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化
させることにより、出力される電子ビームの電荷の総量
を制御することが可能である。

【０１１５】従って、入力信号に応じて電子放出素子を
変調する方式としては、電圧変調方式とパルス幅変調方
式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７としては、一定長さの電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パル
スの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を用
いることができる。パルス幅変調方式を実施するに際し
ては、変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電
圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧
パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を
用いることができる。

【０１１６】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。

【０１１７】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには同期信号分離回路１０６の
出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連して
ラインメモリ１０５の出力信号がデジタル信号かアナロ
グ信号かにより、変調信号発生器１０７に用いられる回
路が若干異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用
いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、
例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等
を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器
１０７には、例えば高速の発振器及び発振器の出力する
波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値
と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレー
タ）を組み合わせた回路を用いる。必要に応じて、比較
器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素
子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加す
ることもできる。

【０１１８】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプ等を
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路等を付加することもできる。パルス幅変調方式の場
合には、例えば電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用で
き、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増
幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１１９】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像形成装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を介して電
圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子
８７を介してメタルバック８５あるいは透明電極（不図
示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速され
た電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生じて画像が形
成される。

【０１２０】以上説明した本発明を適用可能な画像形成
装置は、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議シス
テムやコンピューター等の表示装置の他、感光性ドラム
等を用いて構成された光プリンターとしての画像形成装
置等としても用いることができる。

【０１２１】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされたものをも包含する。

【０１２２】（実施例１）ゾルゲル液としてゾルゲル剤
アトロン（日本曹達（株）製）を用い、これに増粘剤と
してエチレングリコールモノフェニルエーテル（キシダ
化学製）を２０．０重量％加えて均一になるまで撹拌
し、絶縁材料溶液を調製した。

【０１２３】この絶縁材料溶液を、深さ１０μｍ幅３０
０μｍのラインパターンの凹版を用いて、オフセット印
刷法により、１００×１００ｍｍサイズの青板ガラスに
ライン状に塗布し、そのまま水平に１０分間保持した
後、１５０℃・１５分間の仮焼成を行い、さらに４５０
℃・３０分間の本焼成を行った。焼成後の絶縁膜の膜厚
は５μｍであった。

【０１２４】（実施例２）ゾルゲル液としてゾルゲル剤
アトロン（日本曹達（株）製）を用い、これにビヒクル
としてスキージオイル（水素添加ロジンエステル、パイ
ン油等からなる）を５０．０重量％混合し均一になるま
で撹拌し、絶縁材料溶液を調製した。

【０１２５】この絶縁材料溶液を、深さ１０μｍ幅３０
０μｍのラインパターンの凹版を用いて、オフセット印
刷法により、１００×１００ｍｍサイズの青板ガラスに
ライン状に塗布し、そのまま水平に１０分間保持した
後、１００℃・１５分間の仮焼成を行い、さらに４５０
℃・１時間の本焼成を行った。

【０１２６】（実施例３）ゾルゲル剤アトロン（日本曹
達（株）製）に、０．４Ｍとなるように１，６−ヘキサ
メチレンジアミンを加え、０．４５Ｍの炭酸ナトリウム
溶液と先のアトロンをそれぞれ７．５ｍｌずつとって、
クロロホルムとシクロヘキサンを体積比で１：４で混合
した溶液に加えて６００ｒｐｍで撹拌し、乳化させた。
５分間撹拌の後、先のクロロホルム／シクロヘキサン混
合溶液の新たな７５ｍｌにフタロイルジクロリド０．６
ｇを溶解し、乳化撹拌容器を冷水で４℃程度に冷やしな
がらフタロイルジクロリド溶液を加えた。

【０１２７】生成したマイクロカプセルを遠心分離した
後、よく乾燥させ、このカプセルとビヒクルとしてスキ
ージオイル（水素添加ロジンエステル、パイン油等から
なる）とを、５０．０重量％ずつとって混練し、絶縁材
料溶液を調製した。

【０１２８】この絶縁材料溶液を、深さ３０μｍ幅３０
０μｍのラインパターンの凹版を用いて、オフセット印
刷法により、１００×１００ｍｍサイズの青板ガラスに
ライン状に塗布し、１００℃・１５分間の仮焼成を行
い、さらに５℃／ｍｉｎの昇温で４５０℃まで加温し１
時間の本焼成を行った。

【０１２９】（実施例４）本実施例の層間絶縁層の形成
方法を図１６を用いて説明する。

【０１３０】Ａ４サイズの青板ガラス基板１１にスクリ
ーン印刷法により、下配線１６としてＣｕ配線をライン
／スペース＝１００μｍ／２００μｍになるようライン
状に施した（図１６（ａ））。

【０１３１】次に、実施例３と同様に調製した絶縁材料
溶液をスクリーン印刷法により、先の下配線１６と直交
するようにライン／スペース＝３００μｍ／２００μｍ
となるように塗布した（図１６（ｂ））。

【０１３２】そのまま水平に１５分間保持した後、１５
０℃・１５分間の仮焼成を行い、さらに５℃／ｍｉｎで
昇温して５００℃・３０分間の本焼成を行い、絶縁膜１
２を形成した（図１６（ｃ））。

【０１３３】次に、この絶縁膜１２上に位置するよう
に、１５０μｍ幅のＣｕ配線をスクリーン印刷法により
施し、上配線１７を形成してマトリクス配線を形成した
（図１６（ｄ））。

【０１３４】（比較例１）本比較例の絶縁層の形成方法
を図１７を用いて説明する。

【０１３５】ゾルゲル剤トスガード５１０（東芝シリコ
ーン（株）製）中に１００×１００ｍｍの青板ガラス基
板１１（１．８ｔ）をディッピングし、２０ｍｍ／ｓｅ
ｃで引き上げた。この基板を１５０℃・１５分間仮焼成
した後、５００℃・１時間本焼成した。焼成後の絶縁膜
１２の膜厚は１μｍであった。

【０１３６】（比較例２）本比較例の絶縁層の形成方法
を図１８を用いて説明する。

【０１３７】ゾルゲル剤アトロン（日本曹達（株）製）
中にＡ４サイズの青板ガラス基板１１（２．８ｔ）をデ
ィッピングし、２０ｍｍ／ｓｅｃで引き上げた。１００
℃・２０分間の仮焼成後、４５０℃・１時間の本焼成を
行った（図１８（ａ））。

【０１３８】形成された絶縁膜１２上に、レジスト１８
としてＢＭＲ−１０００をスピンコートし、８０℃で１
５分間乾かし（図１８（ｂ））、フォトリソパターンニ
ングを行った。現像後、エッチング処理を行い（図１８
（ｃ））、レジスト１８を剥離して、所定のパターン形
状を有する絶縁膜１２を形成した（図１８（ｄ））。

【０１３９】（比較例３）ガラスペーストＱＱ５５０
（デュポン（株）製）をスクリーン印刷法にて、Ａ４サ
イズの青板ガラス基板（２．８ｔ）に、ライン／スペー
ス＝３００μｍ／２００μｍとなるように塗布した。基
板を水平に１５分間保持した後、５５０℃で、３０分間
焼成した。

【０１４０】上述の実施例及び比較例により成膜／パタ
ーンニングした絶縁膜の特性を比較したものが表１であ
る。

【０１４１】［膜質］電子顕微鏡（日立製作所（株）製
／ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−４０００））を用いて観察した。

【０１４２】［絶縁特性］成膜しようとする基板に予め
１０ｍｍ幅にアルミを蒸着しておき、該基板に上記実施
例及び比較例と同様に絶縁膜を形成後、下配線に直交す
るように上配線としてアルミを蒸着した。ＬＦインピー
ダンス・アナライザ（ヒューレット・パッカード製、Ｈ
Ｐ４１９２）を用いてインピーダンスを求め、計算によ
って、容量／誘電率等を求めた。なお、実施例のうち、
パターンニングを行ったものについては、同様の組成、
膜厚を持ったベタ塗りの絶縁膜について評価し、括弧内
に示した。

【０１４３】［工程の簡便さ］塗布〜パターンニングの
工程が１工程であるものを○とした。３工程以上になる
ものを×とした。

【０１４４】［取り回し］絶縁膜が必要な部位にのみ形
成されるものを○、不必要な部位にも形成され、汚れと
して残存するものを×とした。その結果、図１７及び図
１８に示されるように、比較例１及び比較例２において
は基板１１の裏面に不必要な絶縁膜１９（絶縁膜汚れ）
が残存していた。

【０１４５】

【表１】

【０１４６】（実施例５）本実施例は、図７に示したよ
うな電子放出素子の多数個を単純マトリクス配置した図
１２に示したような電子源基板を用いて、図１３に示し
たような画像形成装置を作製した例である。

【０１４７】複数の導電性膜がマトリクス配線された電
子源基板の一部の平面図を図１９に示す。また、図１９
中のＡ−Ａ’断面図を図２０に示す。これらの図で７１
は電子源基板、７２は図１２のＤ_xmに対応するＸ方向配
線（下配線とも呼ぶ）、７３は図１２のＤ_ynに対応する
Ｙ方向配線（上配線とも呼ぶ）である。１５１は層間絶
縁層、１５２は素子電極２と下配線７２との電気的接続
のためのコンタクトホールである。

【０１４８】先ず、本実施例の電子源基板の製造方法
を、図２１及び図２２を用いて工程順に従って具体的に
説明する。なお、以下に説明する工程−ａ〜ｈは、夫々
図２１の（ａ）〜（ｄ）及び図２２の（ｅ）〜（ｈ）に
対応する。

【０１４９】工程−ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板７１上に、真空蒸着法
により、厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎｍのＡｕを順
次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０；ヘキスト
社製）をスピンナーにより回転塗布し、ベークした後、
ホトマスク像を露光、現像して下配線パターンを形成
し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウェットエッチングして所望の
形状の下配線７２を形成した。

【０１５０】工程−ｂ 次に、厚さ５．０μｍの層間絶縁層１５１を実施例１の
絶縁膜の形成方法と同様にして形成した。

【０１５１】工程−ｃ 工程−ｂで形成した層間絶縁層１５１にコンタクトホー
ル１５２を形成するためのホトレジストパターンを作
り、これをマスクとして層間絶縁層１５１をエッチング
してコンタクトホール１５２を形成した。エッチングは
ＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ
Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１５２】工程−ｄ その後、素子電極２，３と素子電極間ギャップＬとなる
べきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４
１；日立化成社製）で形成し、真空蒸着法により、厚さ
５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍのＮｉを順次堆積した。
ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ
堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌが３μｍ、幅Ｗ
が３００μｍの素子電極２，３を形成した。

【０１５３】工程−ｅ 素子電極２，３の上に上配線７３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍの
Ａｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不
要な部分を除去して、所望の形状の上配線７３を形成し
た。

【０１５４】工程−ｆ 次に、膜厚３０ｎｍのＣｒ膜１５３を真空蒸着により堆
積した後、これを導電性膜４の形状の開口部を有するよ
うにパターニングし、その上にＰｄアミン錯体溶液（ｃ
ｃｐ４２３０；奥野製薬（株）製）をスピンナーにより
回転塗布、３００℃１２分間の加熱焼成処理を施してＰ
ｄＯ微粒子よりなる導電性膜４を形成した。この膜の膜
厚は７０ｎｍであった。

【０１５５】工程−ｇ Ｃｒ膜１５３を酸エッチャントを用いてウェットエッチ
ングしてＰｄＯ微粒子よりなる導電性膜４の不要部分と
ともに除去し、所望の形状の導電性膜４を形成した。こ
の導電性膜４の抵抗値は、Ｒｓ＝４×１０⁴ Ω／□程度
であった。

【０１５６】工程−ｈ コンタクトホール１５２部分以外にレジストパターンを
形成し、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００
ｎｍのＡｕを順次堆積した。リフトオフにより不要な部
分を除去することにより、コンタクトホール１５２を埋
め込んだ。

【０１５７】以上の工程により、絶縁性基板７１上に下
配線７２、層間絶縁層１５１、上配線７３、素子電極
２，３、導電性膜４を形成した。

【０１５８】次に、以上のようにして作製した複数の導
電性膜４がマトリクス配線された電子源基板７１（図１
９）を用いて画像形成装置を作製した。作製手順を図１
３及び図１４を用いて説明する。

【０１５９】電子源基板７１をリアプレート８１上に固
定した後、基板７１の５ｍｍ上方に、フェースプレート
８６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバッ
ク８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介して
配置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレ
ート８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中４
３０℃で１０分以上焼成することで封着した（図１
３）。なお、リアプレート８１への基板７１の固定もフ
リットガラスで行った。

【０１６０】蛍光膜８４は、カラーを実現するために、
ストライプ形状（図１４（ａ）参照）の蛍光体とし、先
にブラックストライプを形成し、その間隙部にスラリー
法により各色蛍光体９２を塗布して蛍光膜８４を作製し
た。ブラックストライプの材料としては、黒鉛を主成分
とする材料を用いた。

【０１６１】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜８４の作
製後、蛍光膜８４の内面側表面の平滑化処理（通常、フ
ィルミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸
着することで作製した。

【０１６２】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極を設ける場合もあるが、本実施例ではメタルバック８
５のみで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１６３】以上のようにして完成した外囲器８８内の
雰囲気を排気管（不図示）を通じ真空ポンプにて１０^-4
Ｐａ程度の真空度まで排気した。Ｙ方向配線を共通結線
して１ライン毎にパルス電圧を印加しフォーミング処理
を行った。このときのパルス電圧の波形は、図９（ｂ）
のような波高値の漸増する三角波パルスであり、パルス
幅Ｔ₁ ＝１ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ₂ ＝１０ｍｓｅ
ｃ．とした。また、フォーミング処理中は、フォーミン
グパルスの休止時間内に０．１Ｖの抵抗測定用パルスを
挿入し、抵抗値が１ＭΩを越えたところでフォーミング
処理を終了した。

【０１６４】続いて、活性化処理を行った。まず、外囲
器８８の排気管を活性化物質であるアセトンが充填され
たアンプルに接続し、アセトンを外囲器８８内に導入し
圧力が１．３×１０^-1Ｐａとなるように調整した。そし
て、１８Ｖ矩形波パルスを素子電極２，３間に印加し
た。パルス幅は１００μｓｅｃ．、パルス間隔は２０ｍ
ｓｅｃ．とした。

【０１６５】全ての行の活性化が終了したところで、ガ
ス導入装置のバルブを閉じアセトンの導入を停止し、外
囲器８８全体を約２００℃に加熱しながら５時間排気を
続けたところで、単純マトリクス駆動により、電子を放
出させ、蛍光膜８４を全面発光させ、正常に動作するこ
とを確認した後、排気管を加熱溶着して封じ切った。こ
の後、高周波加熱により外囲器８８内に設置したゲッタ
ー（不図示）をフラッシュさせた。

【０１６６】以上のようにして作製した表示パネルの容
器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1乃至Ｄ_oyn 、及び高
圧端子８７を夫々必要な駆動系に接続し、画像形成装置
を完成した。各電子放出素子に、容器外端子Ｄ_ox1 乃至
Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて、走査信号及び変調
信号を不図示の信号発生手段より夫々印加することによ
り電子放出させ、高圧端子８７を通じてメタルバック８
５に数ＫＶ以上の高圧を印加して、電子ビームを加速
し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光させることで画
像表示がなされた。

【０１６７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、ゾ
ルゲル液に増粘剤を加えて適当な粘性をもつように調製
した絶縁材料溶液を用いることにより、各種印刷法によ
り、緻密で、絶縁特性の良好な所定の形状の絶縁膜を容
易に形成することができる。

【０１６８】また、上記絶縁材料溶液が印刷法に適する
ように調製することによって、更に精巧な印刷方法を選
択することができ、高度なパターンニングをも可能とす
る。特に、マイクロカプセルに封入したゾルゲル液を印
刷インキ用ビヒクルに均一分散させた絶縁材料溶液を用
いた場合には、ビヒクルの成分やマイクロカプセルの膜
材、焼成温度を適当に選ぶことにより、更に緻密で膜質
の良好な絶縁膜を容易に形成することができる。

【０１６９】また、上記本発明の絶縁膜の製造方法を多
数の電子放出素子が単純マトリクス配線される電子源及
びこれを用いた画像形成装置に応用することにより、よ
り信頼性の高い高品位な画像形成装置、例えばカラーフ
ラットテレビが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により基板上にパターン形成された絶縁
膜の一例を示す模式図である。

【図２】本発明により基板上にパターン形成された絶縁
膜の別の例を示す模式図である。

【図３】本発明の絶縁膜の製造方法の一例を説明するた
めの図である。

【図４】本発明により基板上にパターン形成された絶縁
膜の別の例を示す模式図である。

【図５】本発明により基板上にパターン形成された絶縁
膜の別の例を示す模式図である。

【図６】本発明により基板上にパターン形成された絶縁
膜の別の例を示す模式図である。

【図７】表面伝導型電子放出素子の一例を示す模式図で
ある。

【図８】表面伝導型電子放出素子の製造方法を説明する
ための図である。

【図９】表面伝導型電子放出素子の製造に際して採用で
きる通電フォーミング処理における電圧波形の一例を示
す模式図である。

【図１０】表面伝導型電子放出素子の製造に用いること
のできる真空処理装置（測定評価装置）の一例を示す概
略構成図である。

【図１１】表面伝導型電子放出素子の電子放出特性を示
す図である。

【図１２】本発明を適用可能な単純マトリクス配置の電
子源の一例を示す模式図である。

【図１３】本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネ
ルの一例を示す模式図である。

【図１４】表示パネルにおける蛍光膜の一例を示す模式
図である。

【図１５】本発明を適用可能な画像形成装置にＮＴＳＣ
方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の
一例を示すブロック図である。

【図１６】実施例４における絶縁膜の製造方法を説明す
るための図である。

【図１７】比較例１における絶縁膜を説明するための図
である。

【図１８】比較例２における絶縁膜の製造方法を説明す
るための図である。

【図１９】実施例５のマトリクス配線した電子源の一部
を示す模式図である。

【図２０】図１９のＡ−Ａ’断面模式図である。

【図２１】実施例５に係る電子源の製造工程図である。

【図２２】実施例５に係る電子源の製造工程図である。

【図２３】従来例の表面伝導型電子放出素子の模式図で
ある。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性膜 ５ 電子放出部 １１ 基板 １２ 絶縁膜 １３ 有機化合物 １４ 液状絶縁材料 １５ マイクロカプセル（膜材） １６ 下配線 １７ 上配線 １８ レジスト １９ 絶縁膜汚れ ５０ 素子電流Ｉ_f を測定するための電流計 ５１ 電子放出素子に素子電圧Ｖ_f を印加するための電
源 ５２ 電子放出部５より放出される放出電流Ｉ_e を測定
するための電流計 ５３ アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源 ５４ 電子放出部５より放出される電子を捕捉するため
のアノード電極 ５５ 真空容器 ５６ 排気ポンプ ７１ 電子源基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７４ 電子放出素子 ７５ 結線 ８１ リアプレート ８２ 支持枠 ８３ ガラス基板 ８４ 蛍光膜 ８５ メタルバック ８６ フェースプレート ８７ 高圧端子 ８８ 外囲器 ９１ 黒色導電材 ９２ 蛍光体 １０１ 表示パネル １０２ 走査回路 １０３ 制御回路 １０４ シフトレジスタ １０５ ラインメモリ １０６ 同期信号分離回路 １０７ 変調信号発生器 Ｖｘ，Ｖａ 直流電圧源 １５１ 層間絶縁層 １５２ コンタクトホール １５３ Ｃｒ膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G059 AA01 AB07 AC20 DA06 DA08 DB02 GA01 GA02 GA04 GA05 GA06 GA07 GA14 5F058 BB06 BB07 BF46 BF47 BF80 BH01 BJ01 5G305 AA06 AA11 AB36 BA09 CA60 CB26 CB27 CD20 DA22

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゾルゲル液と増粘剤を含有する絶縁材料
   溶液を、印刷プロセスにより塗布する工程と、焼成工程
   を有することを特徴とする絶縁膜の製造方法。
2. 【請求項２】 前記増粘剤が、固体物または粘性液体で
   あることを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜の製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記増粘剤が、ビヒクルであることを特
   徴とする請求項１に記載の絶縁膜の製造方法。
4. 【請求項４】 前記絶縁材料溶液として、前記ゾルゲル
   液をマイクロカプセルに内包させて前記ビヒクルに分散
   させた溶液を用いることを特徴とする請求項３に記載の
   絶縁膜の製造方法。
5. 【請求項５】 前記焼成工程における焼成温度を、前記
   ビヒクルの沸点以上の温度に設定することを特徴とする
   請求項３または４に記載の絶縁膜の製造方法。
6. 【請求項６】 前記印刷プロセスがオフセット印刷プロ
   セスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
   記載の絶縁膜の製造方法。
7. 【請求項７】 基板上に、一対の素子電極間に跨がる導
   電性膜に電子放出部を有する電子放出素子が複数設けら
   れ、該複数の電子放出素子がマトリクス状に配線された
   電子源の製造方法において、 該マトリクス配線間を絶縁する層間絶縁膜を、請求項１
   〜６のいずれかに記載の方法により製造することを特徴
   とする電子源の製造方法。
8. 【請求項８】 基板上に一対の素子電極間に跨がる導電
   性膜に電子放出部を有する電子放出素子が複数設けら
   れ、該複数の電子放出素子がマトリクス状に配線された
   電子源と、該電子源から放出される電子線の照射により
   画像を形成する画像形成部材を有する画像形成装置の製
   造方法において、 該電子源を請求項７に記載の方法により製造することを
   特徴とする画像形成装置の製造方法。